3.2 Физические и химические свойства
Простые вещества, образованные элементами этой подгруппы, представляют собой легкоплавкие металлы серебристо-белого цвета (кроме цезия, имеющего золотисто-желтый цвет). Они очень мягкие и легкие, обладают высокой сжимаемостью, тепло- и электропроводностью.
Щелочные металлы химически чрезвычайно активны. Металлы имеют яркий блеск на свежем срезе, однако на воздухе они быстро покрываются пленкой, состоящей из оксидов, пероксидов, гидроксидов, карбонатов. На поверхности лития образуется также нитрид. При разрезании калий, рубидий и цезий могут загореться.
Щелочные металлы бурно реагируют с водой. Остатки щелочных металлов уничтожают, помещая их в этанол, с которыми они взаимодействуют намного спокойнее, чем с водой:
2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2
По химическим свойствам щелочные металлы являются сильнейшими восстановителями. В электрохимическом ряду напряжений металлов они стоят первыми, их стандартные потенциалы самые низкие.
Щелочные металлы реагируют почти со всеми неметаллами (кроме благородных газов). При взаимодействии с водородом образуются гидриды, с галогенами – галогениды. Реакция с галогенами протекает бурно, в некоторых случаях даже со взрывом. В реакциях с серой образуются как сульфиды М2S, так и полисульфиды М2Sn, где максимальное значение n равно 2 для лития, 5 для натрия, 6 для калия, рубидия и цезия.
Щелочные металлы легко окисляются кислородом. При сгорании в избытке кислорода (на воздухе) литий превращается в оксид, натрий в пероксид, калий, рубидий и цезий – в надпероксиды МО2.
Литий – единственный металл, который вступает в реакцию с азотом при комнатной температуре (с образованием нитрида лития). Другие щелочные металлы в обычных условиях с азотом не реагируют, реакция образования нитридов возможна лишь в электрическом разряде. Легче протекает взаимодействие с фосфором; в результате получаются фосфиды. При небольшом нагревании (до 300 °C) протекают реакции с углеродом с образованием соединений состава М2С2 (ацетиленидов).
Щелочные металлы являются мощными восстановителями по отношению ко многим оксидам и галогенидам и могут быть использованы для получения металлов и их сплавов.
Реакции щелочных металлов с водой протекают очень бурно, причем активность взаимодействия возрастает от лития к цезию, образуется гидроксид металла и выделяется водород. Литий, по сравнению с другими щелочными металлами, реагирует с водой относительно спокойно, а цезий – со взрывом. Рубидий и цезий взаимодействуют с твердой водой (льдом) даже при –100°C.
В реакциях щелочных металлов с кислотами образуется соответствующая соль и обычно выделяется водород, за исключением кислот, проявляющих окислительные свойства за счет аниона – азотной и концентрированной серной, где продуктами реакций являются оксиды серы и азота, сероводород, азот или катион аммония:
2Na + 2HCl(разб) = 2NaCl + H2
2Li + 3H2SO4(конц) = 2LiHSO4 + SO2 + 2H2O
3Li + 4HNO3(разб) = 3LiNO3 + NO + 2H2O
При высоких температурах щелочные металлы, кроме лития, реагируют с соответствующими щелочами с образованием оксидов:
2МОН + 2М = 2М2О + Н2
Для лития подобная реакция неизвестна, так как гидроксид лития термически неустойчив.
В результате взаимодействия щелочных металлов с другими металлами могут быть получены стехиометрические интерметаллиды (NaTl, Li22Pb5).